Avancement d’une réaction chimique

Tp 11 - Avancement 1

Objectif : A l’aide d’un langage de programmation (Python) ; établir un tableau d’avancement afin de décrire l’état final d’un système lors d’une transformation totale.

Tableau d’avancement à compléter.

Expériences préliminaires.

Vous disposez de deux solutions :

- Solution n° 1 : solution de diiode I2 de concentration molaire C1 = 1,0.10^-2 mol / L - Solution n° 2 : solution de thiosulfate de sodium (2 Na ⁺ + S2O32-

) de concentration molaire C2 = 1,0.10 ^-2 mol / L

Expérience n°1 : Dans un tube à essais, verser quelques mL de la solution n°2 et ajouter quelques gouttes de la solution n°1. Agiter et observer.

 Pourquoi peut-on affirmer qu’une réaction chimique a eu lieu ?

Expérience n°2 : Dans deux éprouvettes prélever - 20 mL de diode.

- 20 mL de thiosulfate de sodium.

Verser le thiosulfate de sodium dans un bécher puis transvaser doucement le diiode : Observer.

 Comment évolue le changement de couleur de la solution ?

 Quelle est la couleur finale ?

 Quelle conclusion peut-on en tirer ?

Etape 1 : Ecriture de l’équation.

 Définir les réactifs et les produits de la réaction.

Couples ox/red de la réaction : I₂/I^- ; S₄O₆^2-/S₂O₃ ^2-

 Ecrire l’équation équilibrée et complétez la ligne en haut du tableau.

L’équation est de la forme : a.A + b.B  c.C + d.D

a étant le coefficient stoechiométrique de l’équation de l’espèce chimique A.

Réactions redox et tableau avancement

Tp 11

Avancement d’une réaction chimique

Constitution et transformation de

la matière Séquence 5

A + B ^ C + D équation de la réaction

ligne Etat du système avancement Quantités de matières présentes dans le système (en mol)

1 état initial 0

2 état

intermédiaire x 3 état final xmax=

Tp 11 - Avancement 2

Etape 2 : Etude de l’état initial.

Calculer les quantités de chaque réactif pour le mélange.

 n(A)ini = n(B)ini = Quelles sont les quantités des produits ?

 n(C)ini = n(D)ini =

Compléter la ligne 1.

Etape 3 : En cours de réaction.

Exprimer en fonction de la quantité initiale du réactif et de l’avancement x, les quantités restantes des réactifs.

 Pour A : n(A) =  Pour B : n(B) =

Exprimer en fonction de la quantité initiale du produit et de l’avancement x, les quantités des produits.

 Pour C : n(C) =  Pour D : n(D) = Compléter la ligne 2.

Etape 4 : Recherche du réactif limitant et de xmax.

En fin de réaction, lorsqu’au moins un des réactifs est totalement consommé, l’avancement atteint sa valeur maximale notée xmax

Calculer la valeur de l’avancement x si le réactif est épuisé :

 Pour A : xA =  Pour B : xB =

 Quelle condition permet de trouver xmax ?

 En déduire la valeur de xmax : xmax = Etape 5 :Etude de l’état final

Exprimer en fonction de la quantité initiale et de l’avancement x_max, les quantités à l’état final des réactifs et des produits.

 Pour n(A)final =  Pour n(B)final =

 Pour n(C)_final =  Pour n(D)_final = Compléter la ligne 3.

 Cet état final est-il en accord avec vos observations ?

Etape 6 : vérification à l’aide de python : Lancer le programme :

 Compléter les valeurs de l’état initial et les coefficients (coef) dans le programme.

Vérifier votre programme en lançant la lecture.

 Compléter le programme afin de calculer les quantités finales.

Compléter les variables nA_final = formule ( nA_ini ; coefA et xmax) ; nB_final= ; nC_final ; nD_final.

Etape 7 : Condition stœchiométrique.

Déterminer la quantité initiale de thiosulfate qu’il faut introduire pour que les deux réactifs soient épuisés à l’état final.

 n(S2O₃^2-) =

- Changer cette valeur dans le programme : n(B)

 Quelle relation peut-on établir entre et ? n(S₂O₃^2-) coefr2

n(I₂) coefr1

Tp 11 - Avancement 3

Vocabulaire :

Système chimique : Ensemble d’espèces chimiques susceptibles de réagir entre elles.

Transformation totale : Transformation s’arrêtant quand un des réactifs est entièrement consommé.

Ce dernier est appelé le « réactif limitant ».

Tableau d’avancement : Outil qui nous permet de décrire l’évolution des quantités de matière d’un système de l’état initial à l’état final, en fonction de l’avancement.

Avancement : C'est une grandeur exprimée en mole, qui permet de décrire l’évolution d’un système chimique, il est noté x.

Avancement maximal : En fin de réaction, lorsqu’au moins un des réactifs est totalement consommé, l’avancement atteint sa valeur maximale notée x_max.

Etat initial : La réaction n’a pas encore commencée ; l’avancement est de 0.

Etat intermédiaire : La réaction a débuté mais n’est pas fini ; l’avancement est : 0 < x < xmax. Etat final : La réaction est terminé ; l’avancement est égal à xmax.

Réactif limitant : Réactif entièrement consommé à la fin de la réaction (nfinal = 0 mol).

Mélange stœchiométrique : A la fin de la transformation tous les réactifs sont consommés (n_final = 0).